光学元件多表面面形测量领域取得突破：多尺度分析相移干涉术（Multi-scale Analysis Phase-shifting Interferometry，MAPSI）

近日，我中心在读博士生丁毅凡在光学元件多表面面形测量研究方面取得新进展，相关成果以“Surface profile measurement of transparent parallel plates by multi-scale analysis phase-shifting interferometry (MAPSI)”为题发表于Optics and Lasers in Engineering。

在光学元件的多表面面形测量中，传统的傅里叶相移干涉术（FTPSI，Zygo Corp.）通过利用傅立叶变换精确地重建光学表面轮廓。但是，该测量方式也存在诸多局限，例如对激光器指标的高要求、大量干涉图的长时间采集使测量结果受环境振动影响较大以及需要用户输入精确腔长等。

针对这些问题，该论文提出的多尺度分析相移干涉术（Multi-scale Analysis Phase-shifting Interferometry，MAPSI）展现出了出色的性能。这一技术的核心在于通过精心设计的移相步长和采样数，在波长调谐移相期间实现精确的频率分析和高精度波前重建，有效避免了传统多表面面形干涉测试中常见的采样不足和频谱移动问题。实验结果显示，与FTPSI相比，MAPSI仅需更少的图像采样（约为FTPSI的1/6~1/4），即可实现波前重构的高测量重复性。其PV测量重复性和RMS测量重复性分别优于0.055λ和0.012λ。MAPSI不仅显著降低了对激光器调谐范围的要求，减少了干涉图的采集数量，而且其测量结果与用户输入的腔长准确性无关，极大地提高了测量的便捷性。该工作在光学元件多表面面形测量中具有重要意义。

相关成果见：Yifan Ding, Qi Lu*, Shijie Liu, Xu Zhang, Dapeng Chen, and Jianda Shao, "Surface profile measurement of transparent parallel plates by multi-scale analysis phase-shifting interferometry (MAPSI)", Optics and Lasers in Engineering 181, 108432 (2024). https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2024.108432

图1 配备MAPSI的恒迈光学4英寸波长调谐移相干涉仪

图2 在恒迈光学干涉仪上使用MAPSI与Zgo干涉仪FTPSI两技术之间的面形误差测量结果对比图

表1 使用两种多表面测量技术在不同腔长下测量所需的干涉图数量对比

图3 基于MAPSI的面形误差PV和RMS重复测量结果（~157mm腔长下）

图4 MAPSI在不同腔长下的测量结果对比（输入的腔长值无需太准确）